特許 7495764 非接触検査機能を備える半導体ウェハ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-28

(45)【発行日】2024-06-05

(54)【発明の名称】非接触検査機能を備える半導体ウェハ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240529BHJP

   G01R 31/28 20060101ALI20240529BHJP

   G01R 31/3187 20060101ALI20240529BHJP

   H01L 21/822 20060101ALI20240529BHJP

   H01L 27/04 20060101ALI20240529BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 F

G01R31/28 V

G01R31/3187

H01L27/04 T

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023061049

(22)【出願日】2023-04-04

【審査請求日】2023-05-01

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】322014392

【氏名又は名称】株式会社Ｍ３

(72)【発明者】

【氏名】神谷 江美

(72)【発明者】

【氏名】町田 哲男

【審査官】平野 崇

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２５３５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０７８４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３５７６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２７７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６０９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１６２８０１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｇ０１Ｒ ３１／２８

Ｇ０１Ｒ ３１／３１８７

Ｈ０１Ｌ ２１／８２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源供給部と、電源シーケンシャル部と、第１のＬＳＩ本体部と第１の判定回路と第１の無線波形送信部を有する第１のブロックと、第２のＬＳＩ本体部と第２の判定回路と第２の無線波形送信部を有する第２のブロックと、アンテナ部をウェハ上に設けた半導体ウェハであり、
電源供給部は生成した電力を前記電源シーケンシャル部を介して、第１のブロックに供給され、第１のブロックにて、前記第１の判定回路が前記第１のＬＳＩ本体部の内部動作の検査を行い第１の判定結果情報を生成し、かつ前記第１の無線波形送信部に伝送し、該無線波形送信部は前記第１の判定結果情報を前記アンテナ部を介して送信し、
更に、
前記電源供給部が生成した電力を前記電源シーケンシャル部を介して、第１のブロックに供給された一定時間後に、
前記電源供給部が生成した電力を前記電源シーケンシャル部を介して、第２のブロックに供給され、第２のブロックにて、前記第２の判定回路が前記第２のＬＳＩ本体部の内部動作の検査を行い第２の判定結果情報を生成し、かつ前記第２の無線波形送信部に伝送し、該無線波形送信部は前記第２の判定結果情報を前記アンテナ部を介して送信することを特徴とする非接触検査機能を備える半導体ウェハ。

【請求項2】

前記電源供給部が複数の電源供給部から成ることを特徴とする請求項１に記載の非接触検査機能を備える半導体ウェハ。

【請求項3】

前記電源供給部が、太陽光発電方式（ＰＶ）であることを特徴とする請求項１に記載の非接触検査機能を備える半導体ウェハ。

【請求項4】

前記電源供給部が電源供給用の端子を有することを特徴とする請求項１に記載の非接触検査機能を備える半導体ウェハ。

【請求項5】

前記電源供給部が、ワイヤレス給電方式であることを特徴とする請求項１に記載の非接触検査機能を備える半導体ウェハ。

【請求項6】

前記アンテナ部が複数のアンテナ部から成ることを特徴とする請求項１に記載の非接触検査機能を備える半導体ウェハ。

【請求項7】

前記アンテナ部が形状が異なる複数のアンテナ部からなることを特徴とする請求項１に記載の非接触検査機能を備える半導体ウェハ。

【請求項8】

前記ＬＳＩ本体部と判定回路と無線波形送信部を有するブロックを複数、ウェハ上に設け、前記電源供給部は生成した電力を電源供給ライン部を介して各ブロックの前記ＬＳＩ本体部、判定回路、および無線波形送信部に供給して起動させ、前記各ブロックの判定回路は同じブロックのＬＳＩ本体部の内部動作の検査を行い判定結果情報を生成し、かつ同じブロックの前記無線波形送信部に伝送し、該無線波形送信部は前記判定結果情報を前記アンテナを介して送信することを特徴とする請求項１に記載の非接触検査機能を備える半導体ウェハ。

【請求項9】

前記複数のＬＳＩ本体部の個別のＬＳＩ本体部に固有のＩＤを付与し、前記判定結果情報に、該個別のＬＳＩの固有ＩＤを含むことを特徴とする請求項８に記載の非接触検査機能を備える半導体ウェハ。

【請求項10】

前記電源供給部は生成した電力を前記電源供給ライン部を介して遅延時間をかけて順番に前記各ブロックの前記ＬＳＩ本体部、判定回路、および無線波形送信部に電力を供給して起動させることを特徴とする請求項８に記載の非接触検査機能を備える半導体ウェハ。

【請求項11】

前記電源供給部は生成した電力を前記電源供給ライン部を介して最初のブロックの前記ＬＳＩ本体部、判定回路、および無線波形送信部に電力を供給して起動させた後、所定時間経過後電力供給を停止し、次のブロックの前記ＬＳＩ本体部、判定回路、および無線波形送信部に電力を供給して起動させた後、所定時間経過後電力供給を停止することを最後のブロックまで順番に行うことを特徴とする請求項８に記載の非接触検査機能を備える半導体ウェハ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェハの検査方式に関する。

【背景技術】

【0002】

現状、半導体などのウェハ検査では、高速化、微細化が進み、その検査の課程で、プローブカードの針によるウェハの端子への直接の接触方式で検査を実施している。このプローブカードによる検査方式では、ウェハ内のチップの端子に直接、プローブカードの針が接触することで、電気的な導通により、ウェハ内の各チップの良否状態を検査することが可能である。

【0003】

しかるに、この方式では、プローブカードの針の寸法などにより、ウェハ内のチップの端子間の物理寸法において、端子間ピッチが４０マイクロメートルなどの制約を受けることになり、また、プローブカード内部のＳパラメータなどの電気的特性の限界により、ウェハ内のチップの外部端子の周波数が制約を受けてしまうということなどの課題がある。また、プローブカードからテスタへの電気的接続が必要となり、テスタなどの大規模測定装置の設置が必要となるなどの課題がある。さらには、このような従来型の大規模な検査システムでは、その製造過程等で発生するCO₂排出量等も課題となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許4947950

【文献】特許4343452

【文献】特許4947950

【文献】特開2023-2714

【文献】特開2023-32018

【文献】特開2023-38254

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の特許文献1では、半導体集積回路にＩＣタグやアンテナを用いて、ＬＳＩの正常動作か否かの情報を外部に送信することが提案されているが、ＬＳＩ本体部へ電源供給を可能とする構成は開示されていない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、ウェハ上に、電源供給部と、電源供給ライン部と、ＬＳＩ本体部と、判定回路と、無線波形送信部と、アンテナ部を有する。電源供給部において、生成された電力は、電源供給ライン部を通じて、ＬＳＩ本体部と判定回路と無線波形送信部に供給される。その供給された電力により、ＬＳＩ本体部と判定回路との間で、ＬＳＩ本体部の内部の動作についてＢＩＳＴなどの自己診断を実施し、その判定結果がＯＫであるか、あるいはＮＧであるかの結果を、無線波形送信部に伝送し、無線波形送信部から、その判定結果となるＯＫか、あるいはＮＧの判定結果情報を、アンテナ部を通じて、送信することが可能となる。その判定回路において、ＯＫとなった良品のＬＳＩ本体部をダイシングなどにより、ウェハから切り取ることが可能となる。

【発明の効果】

【0007】

本発明は、ウェハ上に、電源供給部と、電源供給ライン部と、ＬＳＩ本体部と、判定回路と、無線波形送信部と、アンテナ部を有する。電源供給部において、生成された電力は、電源供給ライン部を通じて、ＬＳＩ本体部と判定回路と無線波形送信部に供給される。その供給された電力により、ＬＳＩ本体部と判定回路との間で、ＬＳＩ本体部の内部の動作についてＢＩＳＴなどの自己診断を実施し、その判定結果がＯＫであるか、あるいはＮＧであるかの結果を、無線波形送信部に伝送し、無線波形送信部から、その判定結果となるＯＫか、あるいはＮＧの判定結果情報を、アンテナ部を通じて、送信することが可能となる。その判定回路において、ＯＫとなった良品のＬＳＩ本体部をダイシングなどにより、ウェハから切り取ることが可能となる。

【0008】

このようにして、テスタシステムや、テスタに接続されたプローブカードによる直接の接触検査に依存しない方式にて、ウェハ内の各チップの良否状態を検査することが可能となるため、プローブカードの針の寸法に依存しないウェハ内のチップの端子間の物理寸法を狭小化することが可能となり、また、プローブカード内部のＳパラメータなどの電気的特性の限界を考慮する必要が無いため、ウェハ内のチップの外部端子の周波数がプローブカードの電気的特性の制約を受けないこととなり、更には、プローブカードに連結するテスタが不要となるため、テスタなどの大型測定装置の設置が不要となる等の効果がある。さらには、大規模な検査システムが不要となるので、大規模製造システムの製造過程等で発生するCO₂排出等を削減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の１実施例に関する回路構成図

【図2】本発明の１実施例に関するウェハにおける回路配置例の図

【図3】複数の電源供給部を有するウェハにおける回路配置例の図

【図4】ＬＳＩ本体部と判定回路と無線波形送信部を有するブロック

【図5】複数のブロックを有する回路構成図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、実施形態を説明する。

【0011】

尚、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複の説明を省略する。
また、図面は理解することを目的としており、実際の寸法比率は実際のものと必ずしも一致しない。

【0012】

図１は、本発明の１実施例に関する回路構成図である。

【0013】

ここにおいて、ウェハ上に、電源供給部１と、電源供給ライン部２と、ＬＳＩ本体部３と、判定回路４と、無線波形送信部５と、アンテナ部６を有する。電源供給部１において、たとえば図２に示すように、太陽光発電部８に光を照射することで、太陽光発電部８から発電された、電力が、電源供給ライン部２を通じて、ＬＳＩ本体部３と、判定回路４と、無線波形送信部５に供給される。

【0014】

この場合、太陽光発電部８は、ワイヤレス給電方式などの電源供給部に置き換えることも可能であり、更に、太陽光発電部８などの電源供給部に端子を設けることで外部から電源を供給することも可能である。

【0015】

ここで、図１において、電力が供給された、ＬＳＩ本体部３と、判定回路４においては、ＬＳＩ本体部の内部動作についてＢＩＳＴなどの自己診断を実施し、その判定結果がＯＫであるか、あるいはＮＧであるかの結果を、判定回路４から無線波形送信部５に伝送し、無線波形送信部５から、その判定結果となるＯＫか、あるいはＮＧの判定結果情報を、アンテナ部６を通じて、送信することが可能となる。その判定回路において、ＯＫとなった良品のＬＳＩ本体部をダイシングなどにより、ウェハから取り出すことが可能となる。

【0016】

また、判定結果がＯＫのものをＨｉｇｈ信号と仮定し、判定結果がＮＧのものをＬｏｗ信号と仮定し、その判定結果を、電気信号として、判定回路４から無線波形送信部５に伝送することが可能である。

【0017】

次に、アンテナ部の発振周波数について、事例を踏まえて説明する。

【0018】

ウェハの材料であるシリコンにおける比誘電率（ε_r）≒１１と仮定し、アンテナ部の実効比誘電率（ε_eff）≒８と仮定し、光の速度（c）を、３ｘ10^８（m/s）とすると、アンテナ部における伝搬速度（ｖ）は、
ｖ ＝ ｃ ／（εeff）^1/2
となり、ｖ ≒ １．０６ｘ10^８（m/s）と算出される。

【0019】

このとき、ウェハの材料であるシリコン上にモノポールアンテナ（ロッドアンテナ）を形成し、そのアンテナ部の長さを、５ｃｍと仮定すると、この５ｃｍのアンテナ部の長さを、ｖの速度で波形が伝搬する場合の通過する時間（τ）は、
τ ＝ ０．０５ ／ １．０６ｘ10^８ ＝ ４７０ （ｐｓｅｃ）と算出される。
この時間を、１／４波長とする波形の周期（Ｔ）は、
Ｔ ＝ τ ｘ ４ ＝ １．８８ （ｎｓｅｃ）となり、
周波数（ｆ）に置き換えると、
ｆ ＝ １／Ｔ ＝ ５３２ （ＭＨｚ）となる。
この周波数の波形がアンテナ部から放出されるため、外部の測定器にて無線データを採取することが可能である。アンテナ部の長さを変更しても計算式に当てはめるだけのため考え方は同じである。

【0020】

この事例では、モノポールアンテナ（ロッドアンテナ）を考慮しているが、ダイポールアンテナや、ループアンテナなどの別形状のアンテナをアンテナ部に適用することが可能である。

【0021】

次に、複数の電源供給部について、事例を踏まえて説明する。

【0022】

図３に示すように電源供給部を複数有することも有効である。図３の事例では、第１の電源供給部９、第２の電源供給部１０、第１の電源供給ライン部１１、第２の電源供給ライン部１２、ＬＳＩ本体部３と、判定回路４と、無線波形送信部５と、アンテナ部６をウェハ７上に有している。

【0023】

第１の電源供給部９は、第１の電源供給ライン部１１を通じて、ＬＳＩ本体部３と判定回路４とに電力を供給しており、第２の電源供給部１０は、第２の電源供給ライン部１２を通じて、無線波形送信部５に電力を供給している。このように電力の供給を分けることで、ＬＳＩ本体部３や判定回路４や無線波形送信部５において発生する電源ノイズを効果的に分離することが可能となる。

【0024】

第１の電源供給部９、第２の電源供給部１０は、太陽光発電による電源供給方式や、ワイヤレス給電による電源供給方式などが適用可能である。第１の電源供給部９、第２の電源供給部１０が共に、同一方式の太陽光発電である電源供給方式の構成も適用可能であり、また、第１の電源供給部９は、太陽光発電を適用し、第２の電源供給部１０では、ワイヤレス給電を適用することも可能である。

【0025】

次に、複数チップの検査について、事例を踏まえて説明する。

【0026】

図４は、ＬＳＩ本体部３と判定回路４と無線波形送信部５を有するブロック１３である。

【0027】

図５は、複数のブロックを有する回路構成図である。ここではブロックを２つ考慮している。ＬＳＩ本体部と判定回路と無線波形送信部を有する第１のブロック１４と、ＬＳＩ本体部と判定回路と無線波形送信部を有する第２のブロック１５と、電源シーケンシャル部１６と、電源供給部１と、アンテナ部６を有している。

【0028】

ここで、複数ブロックにおける電源供給方式について、事例を踏まえて説明する。

【0029】

電源供給部１において、たとえば図２に示すように、太陽光発電部８に光を照射することで、太陽光発電部８から発電された電力が、電源シーケンシャル部１６に供給される場合、この電源シーケンシャル部１６からは、まず電力が、第１のブロック１４のみに供給される。ここで、
電源シーケンシャル部１６から第１のブロック１４までの遅延時間を、τ１
第１のブロック１４における判定時間を、τ２
第１のブロック１４からアンテナ部６への伝送時間を、τ３
任意の待ち時間を、τ４ と仮定し、
τｘ＝τ１＋τ２＋τ３＋τ４ の時間が経過した後に、
電源シーケンシャル部１６から、第１のブロック１４への電力供給を停止し、第２のブロック１５に電力を供給することが開始される。
さらに、
電源シーケンシャル部１６から第２のブロック１５までの遅延時間を、τ１２
第２のブロック１５における判定時間を、τ２２
第２のブロック１５からアンテナ部６への伝送時間を、τ３２
任意の待ち時間を、τ４２ と仮定し、
τｘ２＝τ１２＋τ２２＋τ３２＋τ４２ の時間が経過した後に、
電源シーケンシャル部１６から、第２のブロック１５への電力供給を停止する。

【0030】

次に、複数ブロックの検査方式について、事例を踏まえて説明する。

【0031】

まず、電源シーケンシャル部１６から、第１のブロック１４のみにτ１の遅延時間をかけて電力が供給される。

【0032】

その後に、第１のブロック１４の内部で、ＬＳＩ本体部３と、判定回路４においては、ＬＳＩ本体部３の内部の動作についてＢＩＳＴなどの自己診断を実施し、その判定結果がＯＫであるか、あるいはＮＧであるかの結果を、判定回路４から無線波形送信部５に伝送する。この時間がτ２となる。

【0033】

更に、第１のブロック１４の内部の無線波形送信部５から、その判定結果となるＯＫか、あるいはＮＧの判定結果情報を、アンテナ部６に送信する。この時間がτ３である。

【0034】

この後、任意の時間τ４の経過後に、電源シーケンシャル部１６から第１のブロック１４への電力供給が停止され、電源シーケンシャル部１６から第２のブロック１５へτ１２の遅延時間をかけて電力が供給される。

【0035】

第２のブロック１５における、判定動作は前記の第１のブロック１４と同様であるが、第２のブロック１５の内部で、ＬＳＩ本体部３と、判定回路４においては、ＬＳＩ本体部３の内部の動作についてＢＩＳＴなどの自己診断を実施し、その判定結果がＯＫであるか、あるいはＮＧであるかの結果を、判定回路４から無線波形送信部５に伝送する。この時間がτ２２となる。

【0036】

更に、第２のブロック１５の内部の無線波形送信部５から、その判定結果となるＯＫか、あるいはＮＧの判定結果情報を、アンテナ部６に送信する。この時間がτ３２である。

【0037】

この後、任意の時間τ４２の経過後に、電源シーケンシャル部１６から第２のブロック１５への電力供給が停止される。

【0038】

電源シーケンシャル部１６においては、規定された、電源供給の順番で各ブロックに電力が供給される。この実施例では、第１のブロック１４に電力を供給後に、第２のブロック１５に電力供給を行っている。その順番どおりに、各ブロックでは、ＯＫ／ＮＧが判定され、その判定結果も順番にアンテナ部６からデータ送信するため、アンテナ部６から順番どおりに発信された波形を、ウェハ外部にて受信し確認することで、時系列での固有のブロックにおけるＯＫ／ＮＧが判定可能となる。

【0039】

更に、複数チップを検査する場合において、各チップに固有ＩＤを付与し、判定結果である、ＯＫ／ＮＧの前に固有ＩＤのデータを付与することで、多数のチップを効率的に検査することが可能となる。

【0040】

固有ＩＤの割り振り事例としては、１番から順にチップに番号を付し、その番号を２進数に変換し、その２進数の、０をＬｏｗ信号、１をＨｉｇｈ信号として、判定結果である、ＯＫ／ＮＧの前に付与して、アンテナ部から送信することで、各チップの固有ＩＤの判別と、その固有ＩＤに紐づけされるＯＫ／ＮＧの判定結果が判別可能となる。

【0041】

以上、説明したように、本発明は、ウェハ上に、電源供給部と、電源供給ライン部と、ＬＳＩ本体部と、判定回路と、無線波形送信部と、アンテナ部を有し、電源供給部において、生成された電力は、電源供給ライン部を通じて、ＬＳＩ本体部と判定回路と無線波形送信部に供給される。その供給された電力により、ＬＳＩ本体部と判定回路との間で、ＬＳＩ本体部の内部の動作についてＢＩＳＴなどの自己診断を実施し、その判定結果がＯＫであるか、あるいはＮＧであるかの結果を、無線波形送信部に伝送し、無線波形送信部から、その判定結果となるＯＫか、あるいはＮＧの判定結果情報を、アンテナ部を通じて、送信することが可能となる。その判定回路において、ＯＫとなった良品のＬＳＩ本体部をダイシングなどにより、ウェハから切り取ることが可能となる。

【0042】

このようにして、テスタシステムや、テスタに接続されたプローブカードによる直接の接触検査に依存しない方式にて、ウェハ内の各チップの良否状態を検査することが可能となるため、プローブカードの針の寸法に依存しないウェハ内のチップの端子間の物理寸法を狭小化することが可能となり、また、プローブカード内部のＳパラメータなどの電気的特性の限界を考慮する必要が無いため、ウェハ内のチップの外部端子の周波数がプローブカードの電気的特性の制約を受けないこととなり、更には、プローブカードに連結するテスタが不要となるため、テスタなどの大型測定装置の設置が不要となる等の効果がある。さらには、大規模な検査システムが不要となるので、大規模製造システムの製造過程等で発生するCO₂排出等を削減することが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明の非接触検査機能を備える半導体ウェハにおいては、従来のテスタシステムや、テスタに接続されたプローブカードによる直接の接触検査に依存しない方式にて、ウェハ内の各チップの良否状態を検査することが可能となるため、プローブカードの針の寸法に依存しないウェハ内のチップの端子間の物理寸法を狭小化することが可能となり、また、プローブカード内部のＳパラメータなどの電気的特性の限界を考慮する必要が無いため、ウェハ内のチップの外部端子の周波数がプローブカードの電気的特性の制約を受けないこととなり、更には、プローブカードに連結するテスタが不要となるため、テスタなどの大型測定装置の設置が不要となる等の効果がある。さらには、大規模な検査システムが不要となるので、大規模製造システムの製造過程等で発生するCO₂排出等を削減することが可能となる。また、検査に要するコストや、検査時間などを大幅に短縮することができるため、半導体産業の発展に大きく寄与できるものである。

【符号の説明】

【0044】

１・・・電源供給部
２・・・電源供給ライン部
３・・・ＬＳＩ本体部
４・・・判定回路
５・・・無線波形送信部
６・・・アンテナ部
７・・・ウェハ
８・・・太陽光発電部
９・・・第１の電源供給部
１０・・・第２の電源供給部
１１・・・第１の電源供給ライン部
１２・・・第２の電源供給ライン部
１３・・・ブロック
１４・・・第１のブロック
１５・・・第２のブロック
１６・・・電源シーケンシャル部

【要約】

【課題】
本発明は、従来のウェハ検査において必要とされていたプローブカードやテスタなどにより、ウェハ内のチップの端子間の物理寸法等や、外部端子の周波数等が制約を受けることや、テスタなどの大規模測定装置等の設置が必要となること、更には、従来型の大規模な検査システムでは、その製造過程等で発生するCO₂排出量等のSDGs関連の課題を解決することを目的としている。

【解決手段】
ウェハ上に、電源供給部と、電源供給ライン部と、ＬＳＩ本体部と、判定回路と、無線波形送信部と、アンテナ部を有し、太陽光発電などによる自己発電で、自己検査を行い、検査結果を自動送信する。

【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】